Sončevo, zemeljsko in atmosfersko sevanje. Klimatologija in meteorologi Potencial sončne energije
Slika 1 – Histogram sprememb intenzivnosti (energije) sončnega sevanja na poti do vroče slanice sončnega ribnika soli.
Za oceno učinkovitosti aktivne uporabe različnih vrst sončnega sevanja bomo ugotavljali, kateri od naravnih, umetnih in obratovalnih dejavnikov pozitivno in kateri negativno vplivajo na koncentracijo (povečanje vnosa) sončnega sevanja v ribnik. in njegovo kopičenje z vročo slanico.
Zemlja in atmosfera prejmeta od Sonca 1,3∙1024 cal toplote na leto. Meri se z intenzivnostjo, tj. količina sevalne energije (v kalorijah), ki prihaja od Sonca na enoto časa na površino, pravokotno na sončne žarke.
Sevalna energija Sonca doseže Zemljo v obliki neposrednega in razpršenega sevanja, t.j. skupaj Zemljina površina ga absorbira in se ne pretvori v celoti v toploto; del se izgubi v obliki odbitega sevanja.
Direktno in razpršeno (skupno), odbito in absorbirano sevanje spada v kratkovalovni del spektra. Skupaj s kratkovalovnim sevanjem do zemeljsko površje prihaja dolgovalovno sevanje iz ozračja (protisevanje), zemeljsko površje pa oddaja dolgovalovno sevanje (lastno sevanje).
Neposredno sončno obsevanje se nanaša na glavni naravni dejavnik pri oskrbi vodne površine solarnega ribnika z energijo. Sončno sevanje, ki prihaja na aktivno površino v obliki snopa vzporednih žarkov, ki izvirajo neposredno iz Sončevega diska, imenujemo direktno sončno sevanje. Neposredno sončno sevanje spada v kratkovalovni del spektra (z valovnimi dolžinami od 0,17 do 4 mikronov; zemeljsko površje namreč dosežejo žarki z valovno dolžino 0,29 mikronov)
Sončni spekter lahko razdelimo na tri glavne regije:
Ultravijolično sevanje (- vidno sevanje (0,4 µm - infrardeče sevanje (> 0,7 µm) - 46 % intenzivnost. Bližnje infrardeče območje (0,7 µm) Pri valovnih dolžinah nad 2,5 µm CO2 in voda intenzivno absorbirata šibko nezemeljsko sevanje, zato le majhen del tega obsega sončne energije doseže zemeljsko površje.
Zemljo skoraj ne doseže infrardeče (>12 µm) sončno sevanje.
Z vidika uporabe sončne energije na Zemlji je treba upoštevati le sevanje v območju valovnih dolžin 0,29 - 2,5 μm. Največ sončne energije se pojavi v območju valovnih dolžin 0,2 - 4 μm, na Zemljinem pasu. površina - v območju 0,29 – 2,5 µm.
Poglejmo, kako se prerazporedijo splošni pogled, tokovi energije, ki jih Sonce daje Zemlji. Vzemimo 100 konvencionalnih enot sončne energije (1,36 kW/m2), ki padejo na Zemljo, in sledimo njihovi poti v ozračju. En odstotek (13,6 W/m2), kratkega ultravijoličnega sončnega spektra, absorbirajo molekule v eksosferi in termosferi ter ju segrevajo. Še tri odstotke (40,8 W/m2) bližnjega ultravijoličnega sevanja absorbira stratosferski ozon. Infrardeči rep sončnega spektra (4 % ali 54,4 W/m2) ostaja v zgornjih plasteh troposfere, ki vsebuje vodno paro (zgoraj je vodne pare praktično ni).
Preostalih 92 deležev sončne energije (1,25 kW/m2) pade v »okno prosojnosti« atmosfere 0,29 mikronov, razpršeno v atmosferi (skupaj 48 deležev ali 652,8 W/m2) le-ta delno absorbira (. 10 deležev ali 136 W/m2), ostalo pa se porazdeli med zemeljsko površino in vesoljem. Več gre v vesolje, kot doseže površje, 30 deležev (408 W/m2) navzgor, 8 deležev (108,8 W/m2) navzdol.
To je opisalo splošno, povprečno sliko prerazporeditve sončne energije v zemeljski atmosferi. Vendar pa ne omogoča reševanja posebnih problemov uporabe sončne energije za zadovoljevanje potreb osebe na določenem območju njegovega bivanja in dela, in tukaj je razlog.
Zemljina atmosfera bolje odbija poševne sončne žarke, zato je urna osončenost na ekvatorju in v srednjih zemljepisnih širinah veliko večja kot v visokih širinah.
Vrednosti sončne višine (nad obzorjem) 90, 30, 20 in 12 ⁰ (zračna (optična) masa (m) atmosfere ustreza 1, 2, 3 in 5) z ozračjem brez oblakov ustreza do jakosti približno 900, 750, 600 in 400 W/m2 (pri 42 ⁰ - m = 1,5 in pri 15 ⁰ - m = 4). Pravzaprav skupna energija vpadnega sevanja presega navedene vrednosti, saj ne vključuje le neposredne komponente, temveč tudi razpršeno komponento intenzivnosti sevanja na vodoravni površini v teh pogojih, razpršeno na zračnih masah 1, 2, 3 in 5, oziroma enaka 110, 90, 70 in 50 W/m2 (s koeficientom 0,3 - 0,7 za navpično ravnino, saj je vidna le polovica neba). Poleg tega je na območjih neba blizu Sonca "cirkumsolarni halo" v polmeru ≈ 5⁰.
Dnevna količina sončnega sevanja je največja ne na ekvatorju, ampak blizu 40⁰. To dejstvo je tudi posledica nagnjenosti zemeljske osi glede na ravnino njene orbite. V času poletnega solsticija je Sonce v tropih nad glavo skoraj ves dan in dnevna svetloba traja 13,5 ure, več kot na ekvatorju na dan enakonočja. Z naraščajočo geografsko širino se dolžina dneva povečuje, in čeprav se intenzivnost sončnega sevanja zmanjša, se največja dnevna insolacija pojavi na zemljepisni širini približno 40⁰ in ostane skoraj nespremenjena (pri pogojih brez oblačka) do polarnega kroga.
Ob upoštevanju oblačnosti in onesnaženosti ozračja z industrijskimi odpadki, ki je značilna za številne države sveta, je treba vrednosti, navedene v tabeli, zmanjšati vsaj za polovico. Na primer za Anglijo v 70. letih 20. stoletja, pred začetkom boja za zaščito okolju, je bila letna količina sončnega obsevanja le 900 kWh/m2 namesto 1700 kWh/m2.
Prve podatke o preglednosti ozračja na Bajkalskem jezeru je pridobil V.V. Bufal leta 1964 Pokazalo je, da so vrednosti neposrednega sončnega sevanja nad Bajkalom v povprečju za 13 % višje kot v Irkutsku. Povprečni koeficient spektralne preglednosti ozračja na severnem Bajkalu poleti je 0,949, 0,906, 0,883 za rdeče, zelene in modre filtre. Poleti je ozračje bolj optično nestabilno kot pozimi, ta nestabilnost pa se močno spreminja od popoldneva do popoldneva. Glede na letni potek slabljenja z vodno paro in aerosoli se spreminja tudi njihov prispevek k skupnemu slabljenju sončnega sevanja. V hladnem delu leta imajo glavno vlogo aerosoli, v toplem pa vodna para. Bajkalsko kotlino in Bajkalsko jezero odlikuje razmeroma visoka celostna preglednost ozračja. Pri optični masi m = 2 se povprečne vrednosti koeficienta prosojnosti gibljejo od 0,73 (poleti) do 0,83 (pozimi). Hkrati so dnevne spremembe v celotni prosojnosti ozračja velike opoldne - od 0,67 do 0,77. Aerosoli bistveno zmanjšajo vstop neposrednega sončnega sevanja v vodno površino ribnika in absorbirajo predvsem sevanje iz vidnega spektra z valovno dolžino, ki zlahka prehaja skozi svežo plast ribnika, kar je potrebno za kopičenje sončne energije ob ribniku dobra vrednost. (1 cm debela plast vode je praktično neprozorna za infrardeče sevanje z valovno dolžino večjo od 1 mikrona). Zato se kot toplotno zaščitni filter uporablja nekaj centimetrov debela voda. Za steklo je dolgovalovna meja prepustnosti infrardečega sevanja 2,7 mikrona.
Veliko število prašnih delcev, ki se prosto prenašajo po stepi, prav tako zmanjšuje preglednost ozračja.
Elektromagnetno sevanje oddajajo vsa segreta telesa in bolj kot je telo hladno, manjša je intenzivnost sevanja in bolj v dolgovalovno področje se pomika maksimum njegovega spektra. Obstaja zelo preprosto razmerje [ = 0,2898 cm∙deg. (Wienov zakon)], s pomočjo katerega je enostavno ugotoviti, kje se nahaja največje sevanje telesa s temperaturo (⁰K). Na primer, človeško telo s temperaturo 37 + 273 = 310 ⁰K oddaja infrardeče žarke z največjo vrednostjo blizu vrednosti = 9,3 μm. In stene, na primer, solarnega sušilnika s temperaturo 90 ⁰C bodo oddajale infrardeče žarke z največjo vrednostjo blizu vrednosti = 8 mikronov. Vidno sončno sevanje (0,4 mikrona) Nekoč je bil velik napredek prehod z žarilne žarnice z žarilno nitko na sodobno žarnico z volframovo nitko , volframova pa do 2500 ⁰K Zakaj je teh 400 ⁰K tako pomembno? Bistvo je v tem, da žarnica z žarilno nitko ni namenjena gretju, temveč zagotavljanju svetlobe Najvišja krivulja bi bila vidna. Toda že prehod z 2100 na 2500 K poveča delež energije, ki jo je mogoče pripisati z 0,5 na 1,6 %.
Infrardeče žarke, ki izvirajo iz telesa, segretega na samo 60 - 70 ⁰C, lahko vsak občuti tako, da položi dlan od spodaj (da odpravi toplotno konvekcijo). Prihod neposrednega sončnega sevanja v vodno območje ribnika ustreza njegovemu prihodu na vodoravno površino obsevanja. Navedeno hkrati kaže na negotovost kvantitativnih značilnosti prihoda v določeni časovni točki, tako sezonske kot dnevne. Edina konstantna značilnost je višina Sonca (optična masa atmosfere).
Akumulacija sončnega sevanja na zemeljski površini in ribniku se bistveno razlikujeta.
Naravne površine Zemlje imajo različne odbojne (vpojne) sposobnosti. Tako imajo temne površine (černozem, šotna barja) nizko vrednost albeda okoli 10%. (Albedo površine je razmerje med tokom sevanja, ki ga ta površina odbija v okoliški prostor, in tokom, ki vpada nanjo).
Svetle površine (beli pesek) imajo velik albedo, 35 – 40 %. Albedo površin s travnato rušo je od 15 do 25 %. Albedo krošenj listnatega gozda poleti je 14–17 %, iglastega gozda pa 12–15 %. Albedo površja se z naraščajočo sončno višino zmanjšuje.
Albedo vodnih površin se giblje od 3 do 45 %, odvisno od višine Sonca in stopnje vznemirjenosti.
Ko je gladina vode mirna, je albedo odvisen le od višine Sonca (slika 2).
Slika 2 – Odvisnost odbojnosti sončnega sevanja za mirno vodno površino od višine sonca.
Vstop sončnega sevanja in njegov prehod skozi vodno plast ima svoje značilnosti.
Na splošno so optične lastnosti vode (njenih raztopin) v vidnem območju sončnega sevanja predstavljene na sliki 3.
Slika 3 – Optične lastnosti vode (njene raztopine) v vidnem območju sončnega sevanja
Na ravni meji dveh medijev, zrak - voda, opazimo pojave odboja in loma svetlobe.
Pri odboju svetlobe ležijo vpadni žarek, odbiti žarek in pravokotnica na zrcalno površino, obnovljena na vpadnem mestu žarka, v isti ravnini, odbojni kot pa je enak vpadnemu kotu. Pri lomu ležijo vpadni žarek, pravokotnica, rekonstruirana na vpadni točki žarka na mejo medija, in lomljeni žarek v isti ravnini. Vpadni in lomni kot (slika 4) sta povezana z /, kjer je absolutni lomni količnik drugega medija, prvi pa. Ker bo za zrak formula prevzela obliko
Slika 4 – Lom žarkov pri prehodu iz zraka v vodo
Ko gredo žarki iz zraka v vodo, se približajo »vpadni pravokotnici«; na primer žarek, ki pada na vodo pod kotom na pravokotno na površino vode, vstopi vanjo pod kotom, ki je manjši od (slika 4, a). Ko pa vpadni žarek, ki drsi po vodni površini, pade na vodno gladino skoraj pod pravim kotom na pravokotno, na primer pod kotom 89 ⁰ ali manj, potem vstopi v vodo pod kotom, manjšim od ravno črto, in sicer pod kotom le 48,5 ⁰. Pri kotu, večjem od 48,5 ⁰, žarek ne more vstopiti v vodo: to je "mejni" kot za vodo (slika 4, b).
Posledično se žarki, ki padajo na vodo pod vsemi možnimi koti, pod vodo stisnejo v precej tesen stožec z odprtim kotom 48,5 ⁰ + 48,5 ⁰ = 97 ⁰ (slika 4, c). Poleg tega je lom vode odvisen od njene temperature, vendar so te spremembe tako nepomembne, da ne morejo biti zanimive za inženirsko prakso na obravnavano temo.
Sledimo zdaj poti žarkov nazaj (iz točke P) - iz vode v zrak (slika 5). Po zakonih optike bodo poti enake, vsi žarki, ki jih vsebuje prej omenjeni 97-stopinjski stožec, pa bodo izhajali v zrak pod različnimi koti, razporejeni po celotnem 180-stopinjskem prostoru nad vodo. Podvodni žarki, ki se nahajajo zunaj omenjenega kota (97 stopinj), ne bodo prišli izpod vode, ampak se bodo v celoti odbili od njene površine, kot od ogledala.
Slika 5 – Lom žarkov pri prehodu iz vode v zrak
Če obstaja samo odbiti žarek, ni lomljenega žarka (pojav popolnega notranjega odboja).
Vsak podvodni žarek, ki naleti na površino vode pod kotom, ki je večji od "mejnega" (tj. večji od 48,5⁰), se ne lomi, ampak odbije: podvržen je "popolnemu notranjemu odboju". Odsev v tem primeru imenujemo popoln, ker se tu odbijajo vsi vpadni žarki, medtem ko tudi najboljše polirano srebrno ogledalo odbije le del žarkov, ki vpadajo nanj, preostale pa absorbira. V teh pogojih je voda idealno ogledalo. V tem primeru govorimo o vidni svetlobi. Na splošno je lomni količnik vode, tako kot drugih snovi, odvisen od valovne dolžine (ta pojav imenujemo disperzija). Posledica tega je, da mejni kot, pri katerem pride do popolnega notranjega odboja, ni enak za različne valovne dolžine, pri vidni svetlobi pa se ta kot pri odboju na meji voda-zrak spremeni za manj kot 1⁰.
Ker pod kotom, večjim od 48,5⁰, sončni žarek ne more vstopiti v vodo: to je "mejni" kot za vodo (slika 4, b), potem se vodna masa ne spreminja toliko celoten razpon sončnih višin zanemarljivo kot zrak - vedno je manjši.
Ker pa je gostota vode 800-krat večja od gostote zraka, se bo absorpcija sončnega sevanja v vodi bistveno spremenila. Poleg tega, če svetlobno sevanje prehaja skozi prozoren medij, potem ima spekter takšne svetlobe nekatere značilnosti. Določene črte v njem so močno oslabljene, to pomeni, da zadevni medij močno absorbira valove ustrezne dolžine. Takšni spektri se imenujejo absorpcijski spektri. Vrsta absorpcijskega spektra je odvisna od obravnavane snovi.
Ker lahko raztopina soli iz sončnega slanika vsebuje različne koncentracije natrijevega in magnezijevega klorida ter njuna razmerja, nima smisla nedvoumno govoriti o absorpcijskih spektrih. Čeprav je o tem vprašanju veliko raziskav in podatkov.
Na primer, študije, izvedene v ZSSR (Yu. Usmanov) za identifikacijo prepustnosti sevanja različnih valovnih dolžin za vodo in raztopine magnezijevega klorida različnih koncentracij, so dale naslednje rezultate (slika 6). In B. J. Brinkworth prikazuje grafično odvisnost absorpcije sončnega sevanja in monokromatske gostote pretoka sončnega sevanja (sevanja) v odvisnosti od valovnih dolžin (slika 7).
Posledično bo količinska dobava neposrednega sončnega sevanja v vročo slanico ribnika po vstopu v vodo odvisna od: monokromatske gostote toka sončnega sevanja (sevanja); z višine Sonca. In tudi na albedo površine ribnika, na čistost zgornjega sloja solarnega ribnika, ki ga sestavljajo sveža voda, z debelino običajno 0,1 - 0,3 m, kjer ni mogoče preprečiti mešanja, sestava, koncentracija in debelina raztopine v gradientni plasti (izolacijski sloj s koncentracijo slanice, ki narašča navzdol), na čistost vodo in slanico.
Iz slik 6 in 7 je razvidno, da ima voda največjo prepustnost v vidnem območju sončnega spektra. To je zelo ugoden dejavnik za prehod sončnega sevanja skozi zgornjo svežo plast sončnega slanika.
Bibliografija
1 Osadčij G.B. Sončna energija, njeni derivati in tehnologije za njihovo uporabo (Uvod v energijo iz obnovljivih virov) / G.B. Osadchiy. Omsk: IPK Maksheeva E.A., 2010. 572 str.
2 Twydell J. Obnovljivi viri energije / J. Twydell, A. Ware. M.: Energoatomizdat, 1990. 392 str.
3 Duffy J. A. Toplotni procesi z uporabo sončne energije / J. A. Duffy, W. A. Beckman. M.: Mir, 1977. 420 str.
4 Podnebni viri Bajkala in njegovega bazena /N. P. Ladejščikov, Novosibirsk, Nauka, 1976, 318 str.
5 Pikin S. A. Tekoči kristali / S. A. Pikin, L. M. Blinov. M.: Nauka, 1982. 208 str.
6 Kitaygorodsky A.I. Fizika za vsakogar: Fotoni in jedra / A.I. M.: Nauka, 1984. 208 str.
7 Kuhling H. Priročnik za fiziko. / H. Kuhling. M.: Mir, 1982. 520 str.
8 Enochovich A. S. Priročnik za fiziko in tehnologijo / A. S. Enochovich. M.: Izobraževanje, 1989. 223 str.
9 Perelman Ya. Zabavna fizika. 2. knjiga / Ya. I. Perelman. M.: Nauka, 1986. 272 str.
Navedite primer ruskih gora, vključenih v pas Pamir-Čukči?
4) Poimenujte najstarejšo dobo?
5) Katera obdobja so: trias, jura, kreda?
6) V katerem obdobju in kateri dobi so se pojavili prvi plazilci?
7) V katerem obdobju kenozojska doba so se pojavile opice?
8) Zaradi delovanja katere eksogene sile nastanejo naslednje reliefne oblike: kar, karling, korito, cirk, morena, ovnovo čelo, esker, kama?
9) Kako se imenuje skupek nahajališč ene vrste mineralov?
10) Kako se imenuje dolgoročni vremenski vzorec?
11) Kako se imenuje toplota in svetloba, ki ju oddaja sonce?
12) Kako se imenuje proces spreminjanja podnebja pri oddaljevanju od morij in oceanov, ko se količina padavin zmanjšuje in amplituda temperaturnih nihanj narašča?
13) Kako se imenuje mejni pas, ki ločuje zračne mase različnih lastnosti?
14) Katera fronta ob napredovanju povzroči obilne padavine, ki jih spremlja močan veter?
15) Kakšen je glavni vzorec temperaturnih sprememb poleti v Rusiji?
16) Kako se imenuje količina vlage, ki lahko izhlapi s površine v danih atmosferskih razmerah?
17) Iz opisa določite vrsto ruskega podnebja: značilno za Kaliningradsko regijo; Ali je skozi vse leto precej veliko padavin, ne mrzlih in mokrih zim, ki jim sledijo vroča in mokra poletja?
18) Katera smer vetra prevladuje v Rusiji?
19) Kako se imenuje vodni tok, ki teče v strugi depresije?
20) Kako se imenuje kotanja v reliefu, skozi katero teče reka?
21) Kako se imenuje količina vode, ki preteče skozi rečno strugo v določenem časovnem obdobju?
22) Kako se imenuje začasno naraščanje vode v reki?
23) Kako se imenuje razlika v višini med izvirom in ustjem reke?
24) Navedite primer ruskih rek s spomladanskimi poplavami?
25) Navedite primer ruskih rek s prevlado ledeniškega napajanja?
26) Poimenujte reke, ki pripadajo porečju Tihi ocean?
27) Navedite primere drenažnih in brezvodnih jezer v Rusiji?
28) Poimenujte rezervoar na reki Volgi?
29) Kako se imenuje vodno območje zemeljske površine?
30)Kje so ledene plošče v Rusiji?
31)Kje je dolina gejzirjev v Rusiji?
32) Kako se imenuje rahla površinska plast Zemlje, ki ima rodovitnost?
33) Kakšna vrsta tal je značilna za območje tajge?
34) Kako se imenuje kmetijstvo nabor organizacijskih, ekonomskih, tehničnih ukrepov za izboljšanje tal?
35) Kakšne so vrste vegetacije v tundri?
36) Katere vrste živali stepskega pasu poznate?
37) Navedite primere antropogenih, industrijskih krajin?
a) do katere višine se je dvignilo letalo, če je temperatura zunaj -30C, na površju Zemlje pa +12 b) Kolikšna je temperatura zraka v Pamirju, če cjulija je ob vznožju +36C? Višina Pamirja je 6 km.
c) Pilot leta Volgograd–Moskva se je dvignil na višino 2 km. kako je Atmosferski tlak zraka na tej višini, če je na površini zemlje 750 mm Hg?
Možnost 1 Ujemanje: indikatorji tlaka a) 749 mm Hg;1) pod normalno;
b) 760 mmHg; 2) normalno;
c) 860 mmHg; 3) nad normalno.
Razlika med najvišjo in najnižjo vrednostjo temperature zraka
poklican:
a) tlak; b) gibanje zraka; c) amplituda; d) kondenzacija.
3. Vzrok za neenakomerno porazdelitev sončne toplote na zemeljskem površju
je:
a) oddaljenost od sonca; b) sferični;
c) različna debelina atmosferske plasti;
4. Atmosferski tlak je odvisen od:
a) sila vetra; b) smer vetra; c) temperaturne razlike zraka;
d) reliefne značilnosti.
Sonce je v zenitu na ekvatorju:
Ozonski plašč se nahaja v:
a) troposfera; b) stratosfera; c) mezosfera; d) eksosfera; e) termosfera.
Izpolnite prazno mesto: zračna lupina zemlje je - _________________
8. Kje je opazna najmanjša moč troposfere:
a) na polih; b) v zmernih zemljepisnih širinah; c) na ekvatorju.
Korake ogrevanja postavite v pravilnem zaporedju:
a) ogrevanje zraka; b) sončni žarki; c) segrevanje zemeljske površine.
V katerem času poleti, v jasnem vremenu, opazimo najvišjo temperaturo?
zrak: a) opoldne; b) pred poldnevom; c) popoldne.
10. Vpiši: pri vzpenjanju v gore, atmosferski tlak ..., za vsako
10,5 m pri….mmHg.
Izračunajte atmosferski tlak v Narodnaya. (Poiščite višino oglišč pri
zemljevid, vzemite krvni tlak ob vznožju gora kot 760 mm Hg)
Tekom dneva so bili zabeleženi naslednji podatki:
max t=+2’C, min t=-8’C; Določite amplitudo in povprečno dnevno temperaturo.
Možnost 2
1. Ob vznožju gore je krvni tlak 760 mm Hg. Kakšen bo pritisk na nadmorski višini 800 m:
a) 840 mm Hg. Umetnost.; b) 760 mm Hg. Umetnost.; c) 700 mm Hg. Umetnost.; d) 680 mm Hg. Umetnost.
2. Povprečne mesečne temperature se izračunajo:
a) z vsoto povprečnih dnevnih temperatur;
b) deljenje vsote povprečnih dnevnih temperatur s številom dni v mesecu;
c) iz razlike v vsoti temperatur prejšnjega in naslednjih mesecev.
3. Ujemanje:
indikatorji tlaka
a) 760 mm Hg. Umetnost.; 1) pod normalno;
b) 732 mm Hg. Umetnost.; 2) normalno;
c) 832 mm Hg. Umetnost. 3) nad normalno.
4. Razlog za neenakomerno porazdelitev sončne svetlobe po zemeljski površini
je: a) oddaljenost od Sonca; b) sferičnost Zemlje;
c) debela plast ozračja.
5. Dnevna amplituda je:
a) skupno število meritev temperature čez dan;
b) razlika med najvišjo in najnižjo temperaturo zraka v
čez dan;
c) nihanje temperature čez dan.
6. Kateri instrument se uporablja za merjenje atmosferskega tlaka:
a) higrometer; b) barometer; c) vladarji; d) termometer.
7. Sonce je v zenitu na ekvatorju:
8. Plast ozračja, kjer se pojavljajo vsi vremenski pojavi:
a) stratosfera; b) troposfera; c) ozon; d) mezosfera.
9. Plast ozračja, ki ne prepušča ultravijoličnih žarkov:
a) troposfera; b) ozon; c) stratosfera; d) mezosfera.
10. V katerem času poleti v jasnem vremenu je najnižja temperatura zraka:
a) ob polnoči; b) pred sončnim vzhodom; c) po sončnem zahodu.
11. Izračunajte krvni tlak gore Elbrus. (Na zemljevidu poiščite višino vrhov, krvni tlak pri vznožju
Vzemite gore pogojno za 760 mm Hg. Umetnost.)
12. Na nadmorski višini 3 km je temperatura zraka = - 15 ‘C, kar je temperatura zraka pri
Zemljina površina:
a) + 5°C; b) +3°C; c) 0°C; d) -4°C.
Viri toplote. Toplotna energija je odločilnega pomena za življenje ozračja. Glavni vir te energije je Sonce. Kar zadeva toplotno sevanje Lune, planetov in zvezd, je za Zemljo tako nepomembno, da ga praktično ni mogoče upoštevati. Bistveno več toplotne energije daje notranja toplota Zemlje. Po izračunih geofizikov stalni tok toplote iz Zemljine notranjosti poveča temperaturo zemeljskega površja za 0°.1. Toda tak toplotni dotok je še vedno tako majhen, da ga tudi ni treba upoštevati. Tako lahko edini vir toplotne energije na površju Zemlje štejemo le Sonce.
Sončno sevanje. Sonce, katerega fotosfera (sevalna površina) ima temperaturo približno 6000°, seva energijo v vesolje v vse smeri. Del te energije v obliki ogromnega snopa vzporednih sončnih žarkov zadene Zemljo. Sončna energija, ki doseže površje Zemlje v obliki neposrednih sončnih žarkov, se imenuje direktno sončno sevanje. Toda vse sončno sevanje, usmerjeno na Zemljo, ne doseže zemeljske površine, saj sončne žarke, ki prehajajo skozi debelo plast atmosfere, delno absorbirajo, delno razpršijo molekule in suspendirane delce zraka, nekatere pa odbijejo oblaki. Tisti del sončne energije, ki se razprši v atmosferi, imenujemo razpršeno sevanje. Razpršeno sončno sevanje potuje skozi ozračje in doseže zemeljsko površje. Tovrstno sevanje zaznavamo kot enakomerno dnevno svetlobo, ko je Sonce popolnoma prekrito z oblaki ali pa se je pravkar skrilo pod obzorje.
Neposredno in razpršeno sončno sevanje, ki doseže zemeljsko površje, le-to ne absorbira v celoti. Del sončnega sevanja se odbije od zemeljske površine nazaj v ozračje in se tam nahaja v obliki curka žarkov, t.i. odbito sončno sevanje.
Sestava sončnega sevanja je zelo kompleksna, kar je povezano z zelo visoko temperaturo sevalne površine Sonca. Običajno delimo spekter sončnega sevanja glede na valovno dolžino na tri dele: ultravijolično (η<0,4<μ видимую глазом (η od 0,4μ do 0,76μ) in infrardeči del (η >0,76μ). Na sestavo sončnega sevanja na zemeljskem površju poleg temperature sončne fotosfere vplivata tudi absorpcija in sipanje dela sončnih žarkov pri prehodu skozi zračni ovoj Zemlje. V zvezi s tem bo sestava sončnega sevanja na zgornji meji atmosfere in na površini Zemlje drugačna. Na podlagi teoretičnih izračunov in opazovanj je bilo ugotovljeno, da na meji atmosfere ultravijolično sevanje predstavlja 5%, vidni žarki - 52% in infrardeči - 43%. Na zemeljskem površju (na sončni višini 40°) predstavljajo ultravijolični žarki le 1 %, vidni 40 % in infrardeči 59 %.
Intenzivnost sončnega sevanja. Intenzivnost neposrednega sončnega sevanja razumemo kot količino toplote v prejetih kalorijah na minuto. iz sevalne energije Sončeve površine v 1 cm 2, ki se nahajajo pravokotno na sončne žarke.
Za merjenje jakosti neposrednega sončnega sevanja se uporabljajo posebni instrumenti - aktinometri in pireliometri; Količino razpršenega sevanja ugotavljamo s piranometrom. Samodejno beleženje trajanja sončnega sevanja izvajajo aktinografi in heliografi. Spektralno jakost sončnega sevanja določa spektrobolograf.
Na meji atmosfere, kjer so absorpcijski in sipajoči učinki zemeljskega zračnega ovoja izključeni, je intenzivnost neposrednega sončnega sevanja približno 2 blato z 1 cm 2 površine v 1 min. Ta količina se imenuje sončna konstanta. Intenzivnost sončnega sevanja v 2 blato z 1 cm 2 v 1 min. med letom zagotavlja tako veliko količino toplote, da bi zadostovala za taljenje plasti ledu 35 m debelo, če bi taka plast prekrivala celotno zemeljsko površje.
Številne meritve intenzivnosti sončnega sevanja dajejo razlog za domnevo, da količina sončne energije, ki pride na zgornjo mejo Zemljine atmosfere, niha za več odstotkov. Nihanja so periodična in neperiodična, očitno povezana s procesi, ki se dogajajo na samem Soncu.
Poleg tega se med letom zgodi nekaj sprememb v intenzivnosti sončnega sevanja zaradi dejstva, da se Zemlja v svoji letni rotaciji ne giblje v krogu, ampak v elipsi, v enem od žarišč katere se nahaja Sonce. . Pri tem se spreminja razdalja od Zemlje do Sonca in posledično niha tudi intenzivnost sončnega sevanja. Največjo intenzivnost opazimo okoli 3. januarja, ko je Zemlja najbližje Soncu, najmanjšo pa okoli 5. julija, ko je Zemlja največja oddaljenost od Sonca.
Zaradi tega so nihanja v intenzivnosti sončnega sevanja zelo majhna in so lahko le teoretično zanimiva. (Količina energije na največji razdalji je povezana s količino energije na najmanjši razdalji kot 100:107, tj. razlika je popolnoma zanemarljiva.)
Pogoji obsevanja površine sveta. Že sama sferična oblika Zemlje vodi do tega, da je sevalna energija Sonca zelo neenakomerno razporejena po površini Zemlje. Tako bo na dneva spomladanskega in jesenskega enakonočja (21. marec in 23. september) samo na ekvatorju opoldne vpadni kot žarkov znašal 90° (slika 30), pri približevanju poloma pa bo znižanje z 90 na 0°. torej
če na ekvatorju količino prejetega sevanja vzamemo za 1, potem bo na 60. vzporedniku izražena kot 0,5, na polu pa bo enaka 0.
Globus ima poleg tega dnevno in letno gibanje, zemeljska os pa je nagnjena proti orbitalni ravnini za 66°.5. Zaradi tega naklona se med ekvatorialno ravnino in orbitalno ravnino oblikuje kot 23°30. Ta okoliščina vodi do dejstva, da se bodo vpadni koti sončnih žarkov za iste zemljepisne širine spreminjali znotraj 47° (23,5 + 23,5). ) .
Glede na letni čas se ne spreminja le vpadni kot žarkov, temveč tudi trajanje osvetlitve. Če je v tropskih državah dolžina dneva in noči približno enaka v vseh obdobjih leta, potem je v polarnih državah, nasprotno, zelo različna. Tako je na primer pri 70° S. w. poleti Sonce ne zaide 65 dni na 80° S. sh. - 134 in na polu -186. Zaradi tega je sevanje na severnem tečaju na dan poletnega solsticija (22. junija) za 36 % večje kot na ekvatorju. Kar zadeva celotno poletno polovico leta, je skupna količina toplote in svetlobe, ki jo prejme pol, le 17% manjša kot na ekvatorju. Tako poleti v polarnih deželah trajanje osvetlitve v veliki meri kompenzira pomanjkanje sevanja, ki je posledica majhnega vpadnega kota žarkov. V zimski polovici leta je slika popolnoma drugačna: količina sevanja na istem severnem polu bo enaka 0. Posledično je čez leto povprečna količina sevanja na polu za 2,4 manjša kot na ekvator. Iz vsega povedanega sledi, da je količina sončne energije, ki jo Zemlja prejme s sevanjem, določena z vpadnim kotom žarkov in trajanjem obsevanja.
Če atmosfere na različnih zemljepisnih širinah ne bi bilo, bi zemeljsko površje prejelo naslednjo količino toplote na dan, izraženo v kalorijah na 1 cm 2(glej tabelo na strani 92).
Porazdelitev sevanja po zemeljski površini, podana v tabeli, se običajno imenuje sončno podnebje. Ponavljamo, da imamo takšno porazdelitev sevanja samo na zgornji meji atmosfere.
Oslabitev sončnega sevanja v ozračju. Doslej smo govorili o pogojih za porazdelitev sončne toplote po zemeljskem površju, ne da bi upoštevali atmosfero. Medtem je vzdušje v tem primeru zelo pomembno. Sončno sevanje, ki prehaja skozi ozračje, se razprši in poleg tega absorbira. Oba procesa skupaj v veliki meri zmanjšata sončno sevanje.
Sončni žarki ob prehodu skozi ozračje najprej doživijo sipanje (difuzijo). Sipanje nastane zaradi dejstva, da svetlobni žarki, ki se lomijo in odbijajo od molekul zraka ter delcev trdnih in tekočih teles v zraku, odstopajo od ravne poti. Za res "razbliniti".
Sipanje močno oslabi sončno sevanje. S povečevanjem količine vodne pare in predvsem prašnih delcev se disperzija poveča in sevanje oslabi. V velikih mestih in puščavskih območjih, kjer je vsebnost prahu v zraku največja, disperzija oslabi moč sevanja za 30-45%. Zahvaljujoč sipanju dobimo dnevno svetlobo, ki osvetljuje predmete, tudi če sončni žarki ne padejo neposredno nanje. Sipanje določa tudi barvo neba.
Oglejmo si zdaj sposobnost ozračja, da absorbira sevalno energijo Sonca. Glavni plini, ki sestavljajo ozračje, absorbirajo relativno malo sevalne energije. Nečistoče (vodna para, ozon, ogljikov dioksid in prah) imajo, nasprotno, visoko absorpcijsko sposobnost.
V troposferi je najpomembnejša nečistoča vodna para. Posebno močno absorbirajo infrardeče (dolgovalne), torej pretežno toplotne žarke. In več kot je vodne pare v ozračju, naravno več je in. absorpcija. Količina vodne pare v ozračju je podvržena velikim spremembam. V naravnih razmerah se giblje od 0,01 do 4% (po prostornini).
Ozon ima zelo visoko absorpcijsko sposobnost. Znatna primes ozona, kot je bilo že omenjeno, se nahaja v spodnjih plasteh stratosfere (nad tropopavzo). Ozon skoraj popolnoma absorbira ultravijolične (kratkovalne) žarke.
Ogljikov dioksid ima tudi visoko absorpcijsko sposobnost. Absorbira predvsem dolgovalovne, torej pretežno toplotne žarke.
Prah v zraku absorbira tudi nekaj sončnega sevanja. Pri segrevanju s sončnimi žarki lahko znatno poveča temperaturo zraka.
Od celotne količine sončne energije, ki prihaja na Zemljo, atmosfera absorbira le okoli 15 %.
Slabljenje sončnega sevanja zaradi sipanja in absorpcije v ozračju je zelo različno za različne zemljepisne širine. Ta razlika je odvisna predvsem od vpadnega kota žarkov. V zenitni legi Sonca žarki, ki padajo navpično, prečkajo ozračje po najkrajši poti. Ko se vpadni kot zmanjša, se pot žarkov podaljša in oslabitev sončnega sevanja postane izrazitejša. Slednje je lepo razvidno iz risbe (slika 31) in priložene tabele (v tabeli je pot sončnega žarka v zenitni legi Sonca vzeta kot ena).
Glede na vpadni kot žarkov se ne spreminja le število žarkov, temveč tudi njihova kakovost. V obdobju, ko je Sonce v zenitu (nad glavo), ultravijolični žarki predstavljajo 4 %.
vidni - 44% in infrardeči - 52%. Ko je Sonce blizu obzorja, ultravijoličnih žarkov sploh ni, vidnih 28 % in infrardečih 72 %.
Kompleksnost vpliva atmosfere na sončno sevanje dodatno otežuje dejstvo, da se njena prenosna zmogljivost močno spreminja glede na letni čas in vremenske razmere. Torej, če bi nebo ves čas ostalo brez oblačka, bi lahko letni potek dotoka sončnega sevanja na različnih zemljepisnih širinah grafično izrazili na naslednji način (slika 32) jasno kaže, da je ob nebu brez oblačka v Moskvi v maju. Junija in julija bi več toplote prejeli od sončnega sevanja kot na ekvatorju. Podobno bi v drugi polovici maja, junija in prvi polovici julija prejeli več toplote na severnem polu kot na ekvatorju in v Moskvi. Ponavljamo, da bi bilo tako tudi v brezoblačnem nebu. Toda v resnici to ne deluje, saj oblačnost močno oslabi sončno sevanje. Navedimo primer, prikazan na grafu (slika 33). Graf prikazuje, koliko sončnega sevanja ne doseže zemeljskega površja: velik del ga zadržijo atmosfera in oblaki.
Vendar je treba povedati, da toplota, ki jo absorbirajo oblaki, deloma gre za ogrevanje ozračja, deloma pa posredno doseže zemeljsko površje.
Dnevne in letne spremembe intenzivnosti soncasvetlobno sevanje. Intenzivnost neposrednega sončnega sevanja na Zemljinem površju je odvisna od višine Sonca nad obzorjem in od stanja atmosfere (vsebnosti prahu). če. Če bi bila prosojnost atmosfere konstantna ves dan, bi največjo intenzivnost sončnega sevanja opazili opoldne, najmanjšo pa ob sončnem vzhodu in zahodu. V tem primeru bi bil graf dnevne jakosti sončnega obsevanja simetričen glede na polovico dneva.
Vsebnost prahu, vodne pare in drugih nečistoč v ozračju se nenehno spreminja. Pri tem se spremeni prosojnost zraka in poruši simetrija grafa intenzivnosti sončnega sevanja. Pogosto, zlasti poleti, opoldne, ko se zemeljsko površje močno segreje, nastanejo močni navzgor usmerjeni zračni tokovi, poveča se količina vodne pare in prahu v ozračju. Posledica tega je občutno zmanjšanje sončnega sevanja opoldne; Največjo intenzivnost sevanja v tem primeru opazimo v predpoldanskih ali popoldanskih urah. Letno nihanje intenzivnosti sončnega obsevanja je povezano tudi s spremembami višine Sonca nad obzorjem skozi vse leto in s stanjem prosojnosti ozračja v različnih letnih časih. V državah severne poloble se Sonce najvišje dvigne nad obzorjem v mesecu juniju. Toda hkrati opazimo največjo prašnost ozračja. Zato se največja intenzivnost običajno ne pojavi sredi poletja, temveč v pomladnih mesecih, ko se Sonce dvigne precej visoko* nad obzorjem in ozračje po zimi ostane relativno jasno. Za ponazoritev letnega nihanja intenzivnosti sončnega sevanja na severni polobli predstavljamo podatke o mesečnih povprečnih vrednostih opoldanske intenzivnosti sevanja v Pavlovsku.
Količina toplote iz sončnega sevanja. Čez dan zemeljsko površje neprekinjeno prejema toploto od neposrednega in razpršenega sončnega sevanja ali le od razpršenega sevanja (v oblačnem vremenu). Dnevno količino toplote določamo na podlagi aktinometričnih opazovanj: z upoštevanjem količine neposrednega in razpršenega sevanja, ki ga prejme zemeljsko površje. Po določitvi količine toplote za vsak dan se izračuna količina toplote, ki jo zemeljska površina prejme na mesec ali na leto.
Dnevna količina toplote, ki jo zemeljsko površje prejme od sončnega sevanja, je odvisna od jakosti sevanja in trajanja njegovega delovanja čez dan. V zvezi s tem je najmanjši dotok toplote pozimi, največji pa poleti. Pri geografski porazdelitvi celotnega sevanja po svetu je opaziti njegovo povečevanje z zmanjševanjem zemljepisne širine. To stališče potrjuje naslednja tabela.
Vloga neposrednega in razpršenega sevanja v letni količini toplote, ki jo prejme zemeljsko površje na različnih zemljepisnih širinah, je različna. Na visokih zemljepisnih širinah med letno količino toplote prevladuje razpršeno sevanje. Z nižanjem zemljepisne širine prevladuje direktno sončno sevanje. Na primer, v zalivu Tikhaya razpršeno sončno sevanje zagotavlja 70% letne količine toplote, neposredno sevanje pa le 30%. V Taškentu, nasprotno, neposredno sončno sevanje zagotavlja 70%, razpršeno le 30%.
Odbojnost Zemlje. Albedo. Kot že rečeno, zemeljsko površje absorbira le del sončne energije, ki jo doseže v obliki direktnega in razpršenega sevanja. Drugi del se odbija v ozračje. Razmerje med količino sončnega sevanja, ki ga odbija določena površina, in količino sevalnega toka energije, ki vpada na to površino, se imenuje albedo. Albedo je izražen v odstotkih in označuje odbojnost določene površine.
Albedo je odvisen od narave površja (lastnosti tal, prisotnost snega, vegetacije, vode itd.) in od vpadnega kota sončnih žarkov na zemeljsko površje. Torej, na primer, če žarki padejo na zemeljsko površino pod kotom 45 °, potem:
Iz zgornjih primerov je razvidno, da odbojnost različnih predmetov ni enaka. Največja je ob snegu, najmanj pa ob vodi. Vendar se primeri, ki smo jih vzeli, nanašajo le na tiste primere, ko je višina Sonca nad obzorjem 45°. Ko se ta kot zmanjša, se odbojnost poveča. Tako na primer pri sončni višini 90° voda odbija le 2%, pri 50° - 4%, pri 20° - 12%, pri 5° - 35-70% (odvisno od stanja vodne površine). ).
V povprečju pri nebu brez oblačka površina sveta odbija 8 % sončnega sevanja. Poleg tega 9% odbije atmosfera. Tako globus kot celota z nebom brez oblakov odseva 17% sevalne energije Sonca, ki pada nanj. Če je nebo prekrito z oblaki, se od njih odbije 78% sevanja. Če vzamemo naravne pogoje, ki temeljijo na razmerju med nebom brez oblakov in nebom, pokritim z oblaki, ki ga opazimo v resnici, potem je odbojnost Zemlje kot celote enaka 43%.
Zemeljsko in atmosfersko sevanje. Zemlja, ki prejema sončno energijo, se segreje in sama postane vir toplotnega sevanja v vesolje. Vendar se žarki, ki jih oddaja zemeljsko površje, zelo razlikujejo od sončnih žarkov. Zemlja oddaja samo dolgovalovne (λ 8-14 μ) nevidne infrardeče (toplotne) žarke. Energija, ki jo oddaja zemeljska površina, se imenuje zemeljsko sevanje. Sevanje Zemlje nastane... dan in noč. Višja kot je temperatura oddajnega telesa, večja je intenzivnost sevanja. Zemeljsko sevanje je določeno v enakih enotah kot sončno sevanje, to je v kalorijah od 1 cm 2 površine v 1 min. Opazovanja so pokazala, da je količina zemeljskega sevanja majhna. Običajno doseže 15-18 stotink kalorije. Toda z neprekinjenim delovanjem lahko povzroči pomemben toplotni učinek.
Najmočnejše zemeljsko sevanje dobimo pri brezoblačnem nebu in dobri preglednosti ozračja. Oblačnost (zlasti nizka oblačnost) znatno zmanjša zemeljsko sevanje in ga pogosto izniči. Tu lahko rečemo, da je atmosfera skupaj z oblaki dobra »odeja«, ki varuje Zemljo pred prekomerno ohladitvijo. Deli ozračja, tako kot območja zemeljske površine, oddajajo energijo glede na svojo temperaturo. Ta energija se imenuje atmosfersko sevanje. Intenzivnost atmosferskega sevanja je odvisna od temperature sevajočega dela atmosfere, pa tudi od količine vodne pare in ogljikovega dioksida v zraku. Atmosfersko sevanje spada v skupino dolgih valov. V ozračju se širi v vse smeri; določena količina ga doseže zemeljsko površje in ga ta absorbira, drugi del gre v medplanetarni prostor.
O prihod in poraba sončne energije na Zemljo. Zemeljsko površje na eni strani sprejema sončno energijo v obliki neposrednega in razpršenega sevanja, na drugi strani pa del te energije izgublja v obliki zemeljskega sevanja. Zaradi prihoda in porabe sončne energije se dobi nek rezultat. V nekaterih primerih je lahko ta rezultat pozitiven, v drugih negativen. Navedimo primere obeh.
8. januar. Dan je brez oblačka. Na 1 cm 2 zemeljske površine prejeli v 20 dneh blato neposredno sončno sevanje in 12 blato razpršeno sevanje; skupaj je to 32 kal. V istem času je zaradi sevanja 1 cm? Zemljina površina izgubljena 202 kal. Posledično ima bilanca stanja v računovodskem jeziku izgubo 170 blato(negativno stanje).
6. julij. Nebo je skoraj brez oblačka. 630, prejetih od neposrednega sončnega sevanja blato, od razpršenega sevanja 46 kal. Skupno je torej zemeljsko površje prejelo 1 cm 2 676 kal. 173 izgubljenih zaradi zemeljskega sevanja kal. Bilanca stanja kaže dobiček 503 blato(bildo je pozitivno).
Iz navedenih primerov je med drugim povsem jasno, zakaj so zmerne zemljepisne širine pozimi hladne, poleti pa tople.
Uporaba sončnega sevanja za tehnične in gospodinjske namene. Sončno sevanje je neizčrpen naravni vir energije. Količino sončne energije na Zemlji lahko ocenimo s tem primerom: če na primer uporabimo toploto sončnega sevanja, ki pade le na 1/10 površine ZSSR, potem lahko dobimo energijo, ki je enaka delu 30 tisoč hidroelektrarn Dnjeper.
Ljudje so si že dolgo prizadevali izkoristiti brezplačno energijo sončnega sevanja za svoje potrebe. Do danes je bilo ustvarjenih veliko različnih sončnih elektrarn, ki delujejo na sončno sevanje in se pogosto uporabljajo v industriji in za zadovoljevanje domačih potreb prebivalstva. V južnih regijah ZSSR na podlagi razširjene uporabe sončnega sevanja delujejo sončni grelniki vode, kotli, naprave za razsoljevanje slane vode, solarni sušilniki (za sušenje sadja), kuhinje, kopališča, rastlinjaki in naprave za medicinske namene. industrijo in javne službe. Sončno sevanje se pogosto uporablja v letoviščih za zdravljenje in izboljšanje zdravja ljudi.
- vir-
Polovinkin, A.A. Osnove splošne geoznanosti / A.A. Polovinkin. M.: Državna izobraževalna in pedagoška založba Ministrstva za šolstvo RSFSR, 1958. - 482 str.
Ogledi objave: 312
Energija sonca je praktično edini vir toplote za zemeljsko površje in njeno atmosfero. Sevanje, ki prihaja od zvezd in Lune, je 30?10 6-krat manjše od sončnega sevanja. Toplotni tok iz globin Zemlje na površje je 5000-krat manjši od toplote, prejete od Sonca.
Del sončnega sevanja je vidna svetloba. Tako je Sonce za Zemljo vir ne le toplote, ampak tudi svetlobe, ki je pomembna za življenje na našem planetu.
Sončna sevalna energija se pretvarja v toploto delno v sami atmosferi, predvsem pa na zemeljskem površju, kamor gre za ogrevanje zgornjih plasti prsti in vode, iz njih pa zraka. Ogreto zemeljsko površje in razgreto ozračje oddajata nevidno infrardeče sevanje. Z izpuščanjem sevanja v vesolje se zemeljsko površje in ozračje ohlajata.
Izkušnje kažejo, da se povprečne letne temperature zemeljskega površja in atmosfere kjer koli na Zemlji iz leta v leto malo spreminjajo. Če upoštevamo temperaturne razmere na Zemlji v daljšem časovnem obdobju, lahko sprejmemo hipotezo, da je Zemlja v toplotnem ravnovesju: prihod toplote s Sonca se izravna z njeno izgubo v vesolje. Ker pa Zemlja (z atmosfero) prejema toploto z vsrkavanjem sončnega sevanja in jo izgublja z lastnim sevanjem, hipoteza o toplotnem ravnovesju hkrati pomeni, da je Zemlja tudi v sevalnem ravnovesju: dotok kratkovalovnega sevanja nanjo je uravnotežen. s sproščanjem dolgovalovnega sevanja v vesolje.
Neposredno sončno sevanje
Imenuje se sevanje, ki prihaja na zemeljsko površje neposredno iz Sončevega diska direktno sončno sevanje. Sončno sevanje se širi od Sonca v vse smeri. Toda razdalja od Zemlje do Sonca je tako velika, da neposredno sevanje pade na katero koli površino na Zemlji v obliki snopa vzporednih žarkov, ki izvirajo kot iz neskončnosti. Celo ves globus kot celota je tako majhen v primerjavi z razdaljo do Sonca, da lahko vse sončno sevanje, ki pade nanj, brez opazne napake obravnavamo kot žarek vzporednih žarkov.
Lahko je razumeti, da največjo možno količino sevanja pod danimi pogoji prejme enota površine, ki je pravokotna na sončne žarke. Na enoto vodoravne površine bo manj sevalne energije. Osnovna enačba za izračun direktnega sončnega obsevanja temelji na vpadnem kotu sončnih žarkov oziroma natančneje na nadmorski višini Sonca ( h): S" = S greh h; Kje S"– sončno sevanje, ki pada na vodoravno površino, S– direktno sončno obsevanje z vzporednimi žarki.
Tok neposrednega sončnega sevanja na vodoravno površino imenujemo insolacija.
Spremembe sončnega sevanja v ozračju in na zemeljskem površju
Približno 30 % neposrednega sončnega sevanja, ki pade na Zemljo, se odbije nazaj v vesolje. Preostalih 70% gre v ozračje. Pri prehodu skozi atmosfero se sončno sevanje delno razprši v atmosferskih plinih in aerosolih ter se spremeni v posebno obliko razpršenega sevanja. Delno neposredno sončno sevanje absorbirajo atmosferski plini in nečistoče ter se spremenijo v toploto, tj. ogreje ozračje.
Nerazpršeno in neabsorbirano v ozračju doseže neposredno sončno sevanje zemeljsko površje. Manjši del se ga odbije od njega, večino sevanja pa absorbira zemeljsko površje, zaradi česar se zemeljsko površje segreje. Del razpršenega sevanja doseže tudi zemeljsko površje, se delno odbije od njega, delno pa ga le-to absorbira. Drugi del razpršenega sevanja gre v medplanetarni prostor.
Zaradi absorpcije in sipanja sevanja v ozračju se neposredno sevanje, ki doseže zemeljsko površje, razlikuje od tistega, ki je prispelo na mejo ozračja. Tok sončnega sevanja se zmanjša, njegova spektralna sestava pa se spremeni, saj se žarki različnih valovnih dolžin absorbirajo in razpršijo v ozračju na različne načine.
V najboljšem primeru, tj. na najvišji legi Sonca in ob zadostni čistosti zraka lahko na zemeljskem površju opazimo neposredni tok sevanja okoli 1,05 kW/m 2 . V gorah na nadmorski višini 4–5 km so bili opaženi tokovi sevanja do 1,2 kW/m2 ali več. Ko se Sonce približuje obzorju in se debelina zraka, ki ga prečkajo sončni žarki, povečuje, se pretok neposrednega sevanja vedno bolj zmanjšuje.
Približno 23 % neposrednega sončnega sevanja se absorbira v atmosferi. Poleg tega je ta absorpcija selektivna: različni plini absorbirajo sevanje v različnih delih spektra in v različni meri.
Dušik absorbira sevanje le pri zelo kratkih valovnih dolžinah v ultravijoličnem delu spektra. Energija sončnega sevanja je v tem delu spektra popolnoma zanemarljiva, zato absorpcija dušika praktično ne vpliva na tok sončnega sevanja. V nekoliko večji meri, a še vedno zelo malo, kisik absorbira sončno sevanje – v dveh ozkih območjih vidnega dela spektra in v njegovem ultravijoličnem delu.
Ozon je močnejši absorber sončnega sevanja. Absorbira ultravijolično in vidno sončno sevanje. Kljub temu, da je njegova vsebnost v zraku zelo majhna, absorbira ultravijolično sevanje v zgornjih plasteh atmosfere tako močno, da valov, krajših od 0,29 mikronov, v sončnem spektru na zemeljskem površju sploh ne opazimo. Celotna absorpcija sončnega sevanja z ozonom doseže 3 % neposrednega sončnega sevanja.
Ogljikov dioksid (ogljikov dioksid) močno absorbira sevanje v infrardečem območju spektra, vendar je njegova vsebnost v ozračju še vedno majhna, zato je njegova absorpcija neposrednega sončnega sevanja na splošno majhna. Od plinov je glavni absorber sevanja v ozračju vodna para, skoncentrirana v troposferi in predvsem v njenem spodnjem delu. Iz celotnega toka sončnega sevanja vodna para absorbira sevanje v območjih valovnih dolžin, ki se nahajajo v vidnem in bližnjem infrardečem območju spektra. Oblaki in atmosferske nečistoče absorbirajo tudi sončno sevanje, tj. aerosolni delci, suspendirani v ozračju. Na splošno absorpcija vodne pare in aerosola predstavljata približno 15 %, 5 % pa absorbirajo oblaki.
Na vsakem posameznem mestu se absorpcija skozi čas spreminja tako glede na spremenljivo vsebnost absorbcijskih snovi v zraku, predvsem vodne pare, oblakov in prahu, kot tudi glede na višino Sonca nad obzorjem, tj. na debelino zračne plasti, ki jo prečkajo žarki na poti do Zemlje.
Neposredno sončno sevanje na poti skozi atmosfero oslabi ne samo z absorpcijo, ampak tudi s sipanjem in se oslabi občutneje. Sipanje je temeljni fizikalni pojav pri interakciji svetlobe s snovjo. Pojavi se lahko na vseh valovnih dolžinah elektromagnetnega spektra, odvisno od razmerja med velikostjo sipajočih delcev in valovno dolžino vpadnega sevanja. Med sipanjem delec, ki se nahaja na poti širjenja elektromagnetnega valovanja, nenehno »odvzema« energijo. od vpadnega vala in ga ponovno seva v vse smeri. Tako lahko delec obravnavamo kot točkovni vir razpršene energije. Razpršenost imenujemo transformacija dela neposrednega sončnega sevanja, ki se pred sipanjem širi v obliki vzporednih žarkov v določeno smer, v sevanje, potujoče v vse smeri. Sipanje nastane v optično nehomogenem atmosferskem zraku, ki vsebuje najmanjše delce tekočih in trdnih primesi - kapljice, kristale, drobne aerosole, t.j. v okolju, kjer se lomni količnik spreminja od točke do točke. Čist zrak brez primesi pa je tudi optično nehomogen medij, saj v njem zaradi toplotnega gibanja molekul nenehno nastajajo kondenzacije in redčenja ter nihanja gostote. Ob srečanju z molekulami in nečistočami v ozračju sončni žarki izgubijo svojo linearno smer širjenja in se razpršijo. Sevanje se širi iz razpršenih delcev tako, kot da bi bili sami sevalci.
Glede na zakone sipanja, zlasti po Rayleighovem zakonu, se spektralna sestava razpršenega sevanja razlikuje od spektralne sestave neposrednega sevanja. Rayleighov zakon pravi, da je sipanje žarkov obratno sorazmerno s 4. potenco valovne dolžine:
S ? = 32? 3 (m-1) / 3n? 4
Kje S? – koeficient disperzija; m– lomni količnik v plinu; n– število molekul na prostorninsko enoto; ? – valovna dolžina.
Približno 26 % energije celotnega toka sončnega sevanja se pretvori v razpršeno sevanje v ozračju. Približno 2/3 razpršenega sevanja nato doseže zemeljsko površje. A to bo posebna vrsta sevanja, bistveno drugačna od neposrednega sevanja. Prvič, razpršeno sevanje prihaja na zemeljsko površje ne iz sončnega diska, temveč iz celotnega nebesnega svoda. Zato je treba izmeriti njegov pretok na vodoravno površino. Prav tako se meri v W/m2 (ali kW/m2).
Drugič, razpršeno sevanje se od neposrednega sevanja razlikuje po spektralni sestavi, saj so žarki različnih valovnih dolžin različno razpršeni. V spektru razpršenega sevanja je razmerje energije različnih valovnih dolžin v primerjavi s spektrom direktnega sevanja spremenjeno v korist žarkov s krajšo valovno dolžino. Manjša kot je velikost sipajočih delcev, močneje se kratkovalovni žarki sipajo v primerjavi z dolgovalovnimi.
Pojavi, povezani s sipanjem sevanja
Sipanje sevanja je povezano s takšnimi pojavi, kot so modra barva neba, mrak in zora, pa tudi vidljivost. Modra barva neba je barva samega zraka, zaradi sipanja sončnih žarkov v njem. Zrak je prozoren v tanki plasti, tako kot je voda prozorna v tanki plasti. Toda v debeli debelini ozračja ima zrak modro barvo, tako kot ima voda že v relativno majhni debelini (nekaj metrov) zelenkasto barvo. Kako torej pride do molekularnega sipanja svetlobe obratno? 4, potem se v spektru razpršene svetlobe, ki jo pošilja nebesni svod, največja energija premakne v modro. Z višino, ko se gostota zraka zmanjšuje, t.j. število razpršenih delcev postane barva neba temnejša in se spremeni v temno modro, v stratosferi pa v črno-vijolično. Več ko je v zraku nečistoč, ki so večje od molekul zraka, večji je delež dolgovalovnih žarkov v spektru sončnega sevanja in bolj belkasta postaja barva neba. Ko premer delcev megle, oblakov in aerosolov postane večji od 1–2 mikronov, se žarki vseh valovnih dolžin ne razpršijo več, temveč se enakomerno razpršeno odbijajo; zato oddaljeni predmeti v megli in prašni temi niso več pokriti z modro, temveč z belo ali sivo zaveso. Zato so oblaki, na katere pada sončna (tj. bela) svetloba, videti beli.
Sipanje sončnega sevanja v atmosferi je velikega praktičnega pomena, saj ustvarja razpršeno svetlobo podnevi. Če na Zemlji ne bi bilo atmosfere, bi bila svetloba samo tam, kjer bi padala neposredna sončna svetloba ali sončni žarki, ki bi jih odbijala zemeljska površina in predmeti na njej. Zaradi razpršene svetlobe služi kot vir osvetlitve celotno ozračje podnevi: podnevi je svetlo tudi tam, kjer sončni žarki ne padajo neposredno, in tudi takrat, ko je sonce skrito z oblaki.
Po sončnem zahodu zvečer tema ne nastopi takoj. Nebo, zlasti v tistem delu obzorja, kjer je Sonce zašlo, ostane svetlo in pošilja na zemeljsko površje postopno padajoče razpršeno sevanje. Podobno se zjutraj, še pred sončnim vzhodom, nebo najbolj posvetli v smeri sončnega vzhoda in pošlje na zemljo razpršeno svetlobo. Ta pojav nepopolne teme imenujemo somrak – večer in jutro. Razlog za to je osvetljevanje visokih plasti ozračja s Soncem pod obzorjem in sipanje sončne svetlobe na njih.
Tako imenovani astronomski mrak se nadaljuje zvečer, dokler Sonce ne zaide pod obzorje pri 18 o; do te točke je tako temno, da so vidne najšibkejše zvezde. Astronomski jutranji mrak se začne, ko ima sonce enak položaj pod obzorjem. Prvi del večernega astronomskega mraka ali zadnji del jutranjega mraka, ko je sonce pod obzorjem vsaj 8°, imenujemo civilni mrak. Trajanje astronomskega somraka je odvisno od zemljepisne širine in letnega časa. V srednjih zemljepisnih širinah je od 1,5 do 2 uri, v tropih manj, na ekvatorju malo dlje kot eno uro.
V visokih zemljepisnih širinah poleti sonce morda sploh ne pade pod obzorje ali pa pade zelo plitvo. Če se sonce spusti pod obzorje za manj kot 18 stopinj, potem popolna tema sploh ne nastane in večerni mrak se združi z jutranjim. Ta pojav imenujemo bele noči.
Mrak spremljajo čudovite, včasih zelo spektakularne spremembe barve neba proti Soncu. Te spremembe se začnejo pred sončnim zahodom in nadaljujejo po sončnem vzhodu. Imajo precej naraven značaj in se imenujejo zora. Značilni barvi zore sta vijolična in rumena. Toda intenzivnost in raznolikost barvnih odtenkov zore se zelo razlikujeta glede na vsebnost aerosolnih nečistoč v zraku. Različni so tudi toni osvetlitve oblakov v mraku.
Na delu neba nasproti sonca opazimo protizoro, tudi s spremembo barvnih tonov, s prevlado vijolične in vijolično-vijolične barve. Po sončnem zahodu se na tem delu neba pojavi Zemljina senca: sivkasto modri segment, ki raste v višino in na straneh. Pojave zore razlagamo s sipanjem svetlobe na najmanjših delcih atmosferskih aerosolov in z uklonom svetlobe na večjih delcih.
Oddaljeni predmeti so manj vidni kot bližnji, pa ne samo zato, ker se njihova navidezna velikost zmanjša. Tudi zelo veliki predmeti na določeni razdalji od opazovalca postanejo slabo vidni zaradi motnosti atmosfere, skozi katero so vidni. Ta meglica je posledica sipanja svetlobe v ozračju. Jasno je, da se povečuje z večanjem aerosolnih nečistoč v zraku.
Za številne praktične namene je zelo pomembno vedeti, na kateri razdalji obrisi predmetov za zračno zaveso prenehajo biti razločljivi. Razdalja, pri kateri obrisi predmetov v atmosferi niso več razločni, se imenuje območje vidnosti ali preprosto vidnost. Obseg vidnosti se najpogosteje določi na oko z določenimi, vnaprej izbranimi predmeti (temno proti nebu), katerih razdalja je znana. Obstaja tudi vrsta fotometričnih instrumentov za določanje vidljivosti.
V zelo čistem zraku, na primer arktičnega izvora, lahko obseg vidljivosti doseže več sto kilometrov, saj se slabljenje svetlobe predmetov v takem zraku pojavi zaradi sipanja predvsem z molekulami zraka. V zraku, ki vsebuje veliko prahu ali produktov kondenzacije, se lahko vidnost zmanjša na nekaj kilometrov ali celo metrov. Tako je v rahli megli razpon vidljivosti 500–1000 m, v močni megli ali močnem pesku pa se lahko zmanjša na desetine ali celo nekaj metrov.
Celotno sevanje, odboj sončnega sevanja, absorbirano sevanje, PAR, Zemljin albedo
Vse sončno sevanje, ki prihaja na zemeljsko površje – neposredno in razpršeno – imenujemo skupno sevanje. Tako skupno sevanje
Q = S* greh h + D,
Kje S– energijska osvetlitev z neposrednim sevanjem,
D– energijska osvetlitev z razpršenim sevanjem,
h– nadmorska višina sonca.
Pod nebom brez oblačka ima skupno sevanje dnevno variacijo z maksimumom okoli poldneva in letno variacijo z maksimumom poleti. Delna oblačnost, ki ne prekriva sončnega diska, poveča skupno sevanje v primerjavi z nebom brez oblačka; popolna oblačnost pa jo, nasprotno, zmanjša. V povprečju oblačnost zmanjša skupno sevanje. Zato je poleti prihod skupnega sevanja popoldne v povprečju večji kot popoldan. Iz istega razloga je v prvi polovici leta višja kot v drugi.
S.P. Khromov in A.M. Petrosyants daje opoldanske vrednosti skupnega sevanja v poletnih mesecih v bližini Moskve z nebom brez oblakov: v povprečju 0,78 kW/m2, s Soncem in oblaki - 0,80, z neprekinjenimi oblaki - 0,26 kW/m2.
Celotno sevanje, ki pade na zemeljsko površje, se večinoma absorbira v zgornji tanki plasti zemlje ali v debelejši plasti vode in se spremeni v toploto, delno pa se odbije. Količina odboja sončnega sevanja od zemeljske površine je odvisna od narave te površine. Razmerje med količino odbitega sevanja in celotno količino sevanja, ki vpade na določeno površino, se imenuje površinski albedo. To razmerje je izraženo v odstotkih.
Torej, iz celotnega toka celotnega sevanja ( S greh h + D) del se odbija od zemeljske površine ( S greh h + D)In kje A– površinski albedo. Preostanek celotnega sevanja ( S greh h + D) (1 – A) absorbira zemeljska površina in gre za ogrevanje zgornjih plasti zemlje in vode. Ta del se imenuje absorbirano sevanje.
Albedo površine tal se spreminja v območju 10–30 %; v mokrem černozemu se zmanjša na 5%, v suhem lahkem pesku pa se lahko poveča do 40%. Ko se vlažnost tal poveča, se albedo zmanjša. Albedo vegetacije - gozdovi, travniki, polja - je 10–25%. Albedo površine sveže zapadlega snega je 80–90 %, dolgotrajnega snega okoli 50 % in manj. Albedo gladke vodne površine za direktno sevanje se giblje od nekaj odstotkov (če je Sonce visoko) do 70 % (če je nizko); odvisno tudi od vznemirjenja. Za razpršeno sevanje je albedo vodnih površin 5–10 %. V povprečju je albedo površine Svetovnega oceana 5–20 %. Albedo zgornje površine oblakov se giblje od nekaj odstotkov do 70-80%, odvisno od vrste in debeline oblačnosti - v povprečju 50-60% (S. P. Khromov, M. A. Petrosyants, 2004).
Navedene številke se nanašajo na odboj sončnega sevanja, ne samo vidnega, temveč v celotnem njegovem spektru. Fotometrična sredstva merijo albedo le za vidno sevanje, ki se seveda lahko nekoliko razlikuje od albeda za celoten tok sevanja.
Pretežni del sevanja, ki se odbija od zemeljskega površja in zgornje površine oblakov, gre izven atmosfere v vesolje. Del (približno tretjina) razpršenega sevanja uide tudi v vesolje.
Razmerje med odbitim in razpršenim sončnim sevanjem, ki uhaja v vesolje, in celotno količino sončnega sevanja, ki vstopa v ozračje, se imenuje planetarni albedo Zemlje ali preprosto Zemljin albedo.
Na splošno je Zemljin planetarni albedo ocenjen na 31 %. Glavni del planetarnega albeda Zemlje je odboj sončnega sevanja od oblakov.
Del neposrednega in odbitega sevanja je vključen v proces rastlinske fotosinteze, zato se imenuje fotosintetsko aktivno sevanje (PAR). PAR – del kratkovalovnega sevanja (od 380 do 710 nm), ki je najbolj aktiven v zvezi s fotosintezo in proizvodnim procesom rastlin, predstavlja tako direktno kot razpršeno sevanje.
Rastline lahko zaužijejo neposredno sončno sevanje in se odbijejo od nebesnih in zemeljskih teles v območju valovnih dolžin od 380 do 710 nm. Tok fotosintetsko aktivnega sevanja je približno polovica sončnega toka, tj. polovico celotnega sevanja, praktično ne glede na vremenske razmere in lokacijo. Čeprav je vrednost 0,5 značilna za evropske razmere, je za izraelske razmere nekoliko višja (približno 0,52). Ne moremo pa trditi, da rastline enakomerno uporabljajo PAR vse življenje in pod različnimi pogoji. Učinkovitost uporabe PAR je različna, zato sta bila predlagana indikatorja »Koeficient izkoriščenosti PAR«, ki odraža učinkovitost uporabe PAR in »Učinkovitost fitocenoze«. Učinkovitost fitocenoz označuje fotosintetsko aktivnost rastlinskega pokrova. Ta parameter je bil najpogosteje uporabljen med gozdarji za ocenjevanje gozdnih fitocenoz.
Poudariti je treba, da so rastline same sposobne tvoriti PAR v vegetacijskem pokrovu. To dosežemo z razporeditvijo listov proti sončnim žarkom, vrtenjem listov, razporeditvijo listov različnih velikosti in kotov naklona na različnih nivojih fitocenoz, tj. skozi tako imenovano vegetacijsko arhitekturo. V vegetacijskem pokrovu se sončni žarki večkrat lomijo in odbijajo od listne površine ter tako oblikujejo svoj notranji režim sevanja.
Sevanje, razpršeno znotraj rastlinskega pokrova, ima enak fotosintetski pomen kot neposredno in razpršeno sevanje, ki prihaja na površino rastlinskega pokrova.
Sevanje z zemeljske površine
Zgornje plasti prsti in vode, snežna odeja in vegetacija same oddajajo dolgovalovno sevanje; To zemeljsko sevanje pogosteje imenujemo lastno sevanje zemeljske površine.
Lastno sevanje lahko izračunamo, če poznamo absolutno temperaturo zemeljske površine. Po Stefan-Boltzmannovem zakonu, ob upoštevanju, da Zemlja ni absolutno črno telo in zato uvajamo koeficient? (običajno enako 0,95), sevanje tal E določeno s formulo
E s = ?? T 4 ,
Kje? – Stefan-Boltzmannova konstanta, T– temperatura, K.
Pri 288 K, E s = 3,73 10 2 W/m2. Tako velik izpust sevanja z zemeljskega površja bi povzročil njegovo hitro ohlajanje, če tega ne bi preprečil obraten proces – absorpcija sončnega in atmosferskega sevanja na zemeljskem površju. Absolutne temperature zemeljskega površja so med 190 in 350 K. Pri takšnih temperaturah ima oddano sevanje praktično valovne dolžine v območju 4–120 μm, njegova največja energija pa se pojavi pri 10–15 μm. Posledično je vse to sevanje infrardeče in ga oko ne zazna.
Protisevanje ali protisevanje
Atmosfera se segreje, absorbira tako sončno sevanje (čeprav v razmeroma majhnem deležu, približno 15% celotne količine, ki prihaja na Zemljo) kot lastno sevanje z zemeljskega površja. Poleg tega prejema toploto z zemeljskega površja s toplotno prevodnostjo, pa tudi s kondenzacijo vodne pare, ki je izhlapela z zemeljskega površja. Razgreto ozračje seva samo od sebe. Tako kot zemeljsko površje oddaja nevidno infrardeče sevanje v približno enakem območju valovnih dolžin.
Večina (70 %) atmosferskega sevanja doseže zemeljsko površje, ostalo gre v vesolje. Atmosfersko sevanje, ki prihaja na zemeljsko površje, imenujemo protisevanje E a, saj je usmerjeno proti lastnemu sevanju zemeljske površine. Zemeljsko površje skoraj v celoti absorbira prihajajoče sevanje (95–99 %). Tako je protisevanje poleg absorbiranega sončnega sevanja pomemben vir toplote za zemeljsko površje. Protisevanje se povečuje z večjo oblačnostjo, ker sami oblaki močno sevajo.
Glavna snov v ozračju, ki absorbira zemeljsko sevanje in pošilja protisevanje, je vodna para. Absorbira infrardeče sevanje v širokem spektru - od 4,5 do 80 mikronov, z izjemo intervala med 8,5 in 12 mikronov.
Ogljikov monoksid (ogljikov dioksid) močno absorbira infrardeče sevanje, vendar le v ozkem območju spektra; ozon je šibkejši in tudi v ozkem območju spektra. Res je, da se absorpcija ogljikovega dioksida in ozona pojavi v valovih, katerih energija v spektru zemeljskega sevanja je blizu maksimuma (7–15 μm).
Protisevanje je vedno nekoliko manjše od zemeljskega. Zato zemeljsko površje izgublja toploto zaradi pozitivne razlike med lastnim in nasprotnim sevanjem. Razliko med lastnim sevanjem zemeljske površine in protisevanjem atmosfere imenujemo efektivno sevanje E e:
E e = E s – E a.
Učinkovito sevanje je neto izguba sevalne energije in s tem toplote z zemeljskega površja ponoči. Lastno sevanje lahko določimo po Stefan-Boltzmannovem zakonu ob poznavanju temperature zemeljske površine, protisevanje pa izračunamo po zgornji formuli.
Efektivno sevanje v jasnih nočeh je približno 0,07–0,10 kW/m2 na nižinskih postajah v zmernih geografskih širinah in do 0,14 kW/m2 na visokogorskih postajah (kjer je protisevanje manjše). Z večanjem oblačnosti, ki povečuje protisevanje, se efektivno sevanje zmanjšuje. V oblačnem vremenu je veliko manj kot v jasnem vremenu; posledično je nočno ohlajanje zemeljskega površja manjše.
Učinkovito sevanje seveda obstaja tudi podnevi. Toda čez dan je blokiran ali delno kompenziran z absorbiranim sončnim sevanjem. Zato je zemeljsko površje podnevi toplejše kot ponoči, vendar je tudi efektivno sevanje podnevi večje.
V povprečju zemeljsko površje v srednjih zemljepisnih širinah zaradi učinkovitega sevanja izgubi približno polovico količine toplote, ki jo prejme od absorbiranega sevanja.
Atmosfera s tem, da absorbira zemeljsko sevanje in pošilja protisevanje na zemeljsko površje, zmanjša ohlajanje slednjega ponoči. Čez dan le malo preprečuje segrevanje zemeljske površine s sončnim sevanjem. Ta vpliv atmosfere na toplotni režim zemeljske površine imenujemo učinek tople grede ali tople grede zaradi zunanje analogije z učinkom stekla v rastlinjaku.
Radiacijska bilanca zemeljske površine
Razliko med absorbiranim sevanjem in efektivnim sevanjem imenujemo sevalna bilanca zemeljske površine:
IN=(S greh h + D)(1 – A) – E e.
Ponoči, ko ni skupnega sevanja, je negativna sevalna bilanca enaka efektivnemu sevanju.
Bilanca sevanja se premakne od nočnih negativnih vrednosti do dnevnih pozitivnih vrednosti po sončnem vzhodu na nadmorski višini 10–15°. Prehaja od pozitivnih do negativnih vrednosti pred sončnim zahodom na isti višini nad obzorjem. V prisotnosti snežne odeje se bilanca sevanja premakne na pozitivne vrednosti le na sončni višini približno 20–25 o, saj je z velikim albedom snega njegova absorpcija celotnega sevanja nizka. Čez dan sevalna bilanca narašča z naraščanjem sončne višine in pada z njenim zmanjševanjem.
Povprečne opoldanske vrednosti sevalne bilance v Moskvi poleti pod jasnim nebom, podane s.p. Khromov in M.A. Petrosyants (2004), so okoli 0,51 kW/m2, pozimi le 0,03 kW/m2, v povprečni oblačnosti poleti okoli 0,3 kW/m2, pozimi pa blizu nič.
1. Na katerih otokih je živel izumrli ptič dodo?
Mavricij
Komori
Sejšeli
Maldivi
2. V bližini katerega otoka je najvišja površinska temperatura Svetovnega oceana?
Socotra
Novo Britannia
Kanarski otoki
3. Kateri od naslednjih jezikov ni soroden ostalim trem?
danščina
norveški
finščina
švedščina
4. Kolikšen delež sončne svetlobe absorbira zemeljsko površje?
5. Kateri od naslednjih izdelkov ni komercialni izvozni artikel Gane?
Kakavova zrna
Les
6. Katero od naslednjih francoskih mest ima najmanj padavin v juliju in avgustu?
Marseille
7. Kdaj je razpadla celina Pangea?
Pred 10 milijoni let
pred 50 milijoni let
Pred 250 milijoni let
Pred 500 milijoni let
8. Na katerem otoku se nahaja vulkan Mayon?
Mindanao
Kalimantan
9. Katera od teh trditev najbolj natančno opisuje lokacijo Sofije?
V porečju Donave
V gorah Balkana
V gorah Rodopi
Na obali Črnega morja
10. V katerem mestu je sedež OPEC?
Bruselj
Strasbourg
11. V kateri zgodovinski regiji Romunije je večina prebivalstva Madžarov?
Vlaška
Moldavija
Dobruja
Transilvanija
12. Kateremu morskemu bazenu pripada tok Bajkalskega jezera?
Laptev
vzhodno sibirska
Beringovo
Karskoye
13. Zakaj se je nekdanji renesančni otok od leta 1950 skoraj podvojil?
Rečni sediment
Povečanje površine ledenikov
Padajoča gladina vode
Umetni nasipi
14. Kako se imenuje redko poseljena, vroča, sušna regija Argentine, ki je poleti izpostavljena hudim poplavam?
Gran Chaco
Entre Rios
Patagonija
15. V katerem delu Indije živijo ljudstva, ki govorijo dravidske jezike?
Severozahod
severovzhod
16. V katerem mestu je bilo letališče poimenovano po nedavnem preimenovanju? Čang Kaj Šek
Hong Kong
17. Katera kanadska provinca je nedavno začela z razvojem naftnega peska?
Ontario
Alberta
Britanska Kolumbija
18. Kateri od naslednjih kanalov nima prehodov?
Kiel
panamski
Rečna cesta sv. Lovrenca
Suez
19. Jezik Nahuatl govorijo potomci ljudi, ki so zgradili veličastna mesta in templje v Mehiki. Kakšni ljudje so to?
Olmec
20. Katero od naslednjih mest se nahaja v Baskiji?
Guadalajara
Barcelona
Bilbao
21. Katera provinca na Kitajskem ima največ ljudi?
Shandong
Sečuan
22. Katere države so se pridružile ZN po letu 2005?
Črna gora
Črna gora in Vzhodni Timor
Črna gora, Vzhodni Timor in Eritreja
23. Kateri del Velike Britanije je najmanj gosto poseljen?
Škotska
Severna Irska
24. Katero mesto, ki leži na bregovih Visle, ima svoje zgodovinsko središče uvrščeno na Unescov seznam svetovne dediščine?
Katovice
Poznan
25. Na katerem področju geografije se je odlikoval Abraham Ortelius?
Oceanologija
meteorologija
Geologija
Kartografija
26. Kaj je največji dosežek Martina Boeheima?
Prvi tiskani zemljevid na svetu
Prvi globus na svetu
Konformna projekcija
Zbirka enciklopedije starodavnega znanja
27. Katera država ima največje število notranjih beguncev?
Hrvaška
Bosna in Hercegovina
Azerbajdžan
28. Dan je povezan z 1 letom približno tako, kot je 1 stopinja zemljepisne dolžine z:
360 minut
60 minut
60 stopinj
Dolžina ekvatorja
29. V katero smer se morate premakniti, da pridete iz točke s koordinatami 12°N. 176° Z do točke s koordinatami 30° S. 174° V?
Proti severovzhodu
Na jugozahod
Proti severozahodu
Na jugovzhodu
30. Za kaj od naštetega je značilna najmlajša zemeljska skorja?
Vzhodnoafriška razpoka
vzhodni pacifiški vzpon
Kanadski ščit
Amazonsko porečje
31. Kakšne premike tektonskih plošč opazimo v coni preloma San Andreas?
Trčenje plošč
Drsenje plošč
Dvigovanje in spuščanje različnih plošč
Horizontalni premik plošč v različnih smereh vzdolž ene osi
32. V kateri od teh držav je opazen selitveni upad prebivalstva?
Irska
33. Kolikšen delež svetovnega prebivalstva živi v urbanih območjih?
34. Katera od naštetih držav je vodilna po številu prihodov turistov?
Francija
Vietnam
35. Katere države nimajo izhoda v Svetovni ocean in mejijo samo na države, ki prav tako nimajo izhoda v Svetovni ocean?
Uzbekistan
Uzbekistan in Lihtenštajn
Uzbekistan, Lihtenštajn in Madžarska
Uzbekistan, Lihtenštajn, Madžarska in Srednjeafriška republika
36. Katera od naštetih kamnin je metamorfna?
Apnenec
Bazalt
37. Na kateri zemljepisni širini se nahaja južni magnetni pol?
38. Kateri od naslednjih otokov je koralnega izvora?
Hokkaido
Kiritimati
Sejšeli
39. Katera od teh trditev glede Kostarike ne drži?
Pomanjkanje redne vojske
Visoka stopnja pismenosti
Visok delež avtohtonega prebivalstva
Visok delež belega prebivalstva
40. Zakaj cilindrične projekcije Gerharda Mercatorja ni mogoče uporabiti za topografske izračune?
Območja predmetov na ekvatorju so popačena
Območja objektov na visokih zemljepisnih širinah so popačena
Koti so popačeni
Stopinjska mreža je popačena
41. Katere države so vpletene v ozemeljski spor glede meje, ki poteka po 22° severne zemljepisne širine?
Indija in Pakistan
ZDA in Kanadi
Egipt in Sudan
Namibija in Angola
42. Katere države so nedavno končale spor glede z nafto bogatega območja polotoka Bakassi?
Nigerija in Kamerun
DR Kongo in Angola
Gabon in Kamerun
Gvineja in Sierra Leone
43. Katero od navedenih meril zemljevida najbolj podrobno prikaže relief?
44. Kakšna je gostota prebivalstva v Singapurju?
3543 oseb/km 2
6573 oseb/km 2
7350 oseb/km 2
9433 oseb/km 2
45. Kolikšen je delež štirih najbolj poseljenih držav v številu prebivalcev Zemlje?
46. Katera podnebna območja boste prečkali, ko boste potovali od Darwina do Alice Springsa?
Zmerno morsko, subekvatorialno vlažno, subekvatorialno suho, tropsko suho
Subekvatorialna suha, tropska suha, tropska puščava
Subekvatorialno vlažno, subekvatorialno suho, tropsko suho
Subekvatorialno vlažno, subekvatorialno suho, tropsko suho, tropska puščava
47. Kateri pogoj lahko odpravi vpliv tajfunov?
Lokacija na ekvatorju
Nahaja se na severni zemljepisni širini 15°
Biti nad morjem
Biti v tropih
48. Kdaj je najvišji vodostaj reke Zambezi?
49. Kaj je razlog za črno-rdečo barvo vode v pritoku Rio Negro v Amazonijo?
Industrijsko onesnaženje vode v reki
Tanini, ki jih vsebuje rastlinski odpad
Kamnine iz Andov
Vodna erozija ekvatorialnih tal
50. Točka s koordinatami 18° J. 176° Z ki se nahajajo na otokih:
Caroline
Društva
havajski
S spodnjega seznama držav izberite 5 držav z najvišjo stopnjo rodnosti in te države razvrstite po padajočem vrstnem redu:
Izrael
Gvatemala
Španija
Na spodnjem seznamu držav izberite 5 držav z najdaljšo obalo in jih razvrstite po padajočem vrstnem redu glede na njihovo vrednost:
Malezija
Avstralija
Ukrajina
Indonezija
Venezuela
Brazilija
Bangladeš
Kostarika
Na okvirnem zemljevidu označite 5 najbolj naseljenih držav Južne Amerike.
Na orisu zemljevida označite 5 afriških držav, iz katerih prihaja največ beguncev.
ODGOVORI
1 - Mauritius
2 - Sokotra
3 - finski
4 - približno 50 %
6 - Marseille
7 - Najbližji odgovor je "pred 250 milijoni let."
9 – Testne formulacije ni mogoče šteti za pravilno. Možnost "V donavskem bazenu" je povsem pravilna, vendar ni točna: takšna opredelitev položaja se ne osredotoča na Sofijo. Možnost »V gorovju Balkana« natančneje označuje lokacijo, sam koncept »gorovja Balkana« pa je nejasen.
11 - Transilvanija
12 - Karskoye
13 - Padec nivoja vode
14 - Patagonija
16 - Tajpej
17 - Alberta
18 - Suez
19 - Azteki
20 - Bilbao
21 - Sečuan
22 - Črna gora
23 - Škotska
24 - Krakov
25 - Kartografija
26 - Globus
27 - Bosna in Hercegovina
28 - Dolžina ekvatorja
29 - Na severozahodu
30 - vzhodni pacifiški vzpon
31 - Vodoravni odmik ...
32 - Očitno se to nanaša na Iran, čeprav natančnih podatkov ni.
33 - 49 % (čeprav izračuni za leto 2007 kažejo, da je mestnih prebivalcev že več kot 50 %).
34 - Francija
35 - Uzbekistan in Liechtenstein
36 - Marmor
38 - Kiritimati
39 - Pomanjkanje redne vojske. Vendar drugih znakov ni mogoče zavrniti, saj Pomen besede "visoko" ni opredeljen. Test je napačen.
40 - Območja objektov na visokih zemljepisnih širinah so popačena. Toda četrta možnost ni brez pomena. Test je napačen.
41 - Egipt in Sudan
42 - Nigerija in Kamerun
44 - 7350. Toda takih vprašanj ni mogoče postavljati.
45 - približno 43 %
46 - 2. odgovor
47 - Na ekvatorju
49 - Tanini
Niger, Egipt, Jemen, Južna Afrika, Laos, Malezija, Avstralija, Švedska, Indonezija, Brazilija. Naloga pa je napačna. Dolžina obale je načeloma nemerljiva količina. Cm.: K.S. Lazarevič. Dolžina obale//Geografija, št./2004.
Besedilo vprašanj je po spominu in se lahko nekoliko razlikuje od prvotnih: Ameriško društvo National Geographic ne izdaja nalog ne udeležencem tekmovanja ne vodjem ekip.
Trditev, da Madžari predstavljajo večino v Transilvaniji, je sporna. Romuni imajo drugačen pogled na to zadevo.
